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列车在这里闯过“九九八十一关”——探访西南交大轨道交通运载系统全国重点实验室

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走进西南交通大学九里校区,只见一排排暗红色建筑掩映在宁谧葱茏的校园绿道旁。这里就是西南交通大学轨道交通运载系统全国重点实验室(原牵引动力国家重点实验室,以下简称“实验室”),也是我国轨道交通领域首个国家重点实验室。

从“硬币不倒”“杯水不摇”到不断刷新时速纪录,从“引进、吸收再创新”到迈步高水平科技自立自强,该实验室是中国高速列车科研攻坚破难、闯过“九九八十一关”的重要参与者与见证者,也是我国高速列车不断实现超越的一个缩影。

三大平台试验:助力高速列车“始发”

来到实验室的室内试验区,第一感受是其面积之大——近4000平方米的场地如同一座大型生产车间,错落有致地停放着用于试验的高速列车车辆及测试设备。

实验室动力学与强度研究团队负责人、西南交大教授曾京告诉科技日报记者,实验室于1989年开始筹建,2022年重组为全国重点实验室。目前,实验室内拥有高速列车数字化仿真、基础研究和服役性能研究三大试验平台,以高速铁路、高速磁浮交通、重载铁路和新型城市轨道交通为主要研究对象。

“在实验室,科研人员对高速列车的结构强度、动力学性能及各种参数等进行检测,这时数字化仿真平台便派上了用场。”曾京说,该平台可模拟夜间、扬尘、暴雨等情况下的列车运行参数,承担了我国所有型号高速列车的动力学参数设计及优化任务,包括具有完全自主知识产权、时速350公里的复兴号动车组CR400AF和CR400BF型。

只进行仿真模拟显然不能满足高速列车飞驰的要求,科研人员还希望列车能“实际跑一跑”。“列车在高速行驶过程中难免会遇到一些故障风险,提前在基础研究试验平台上跑一跑,大家心里才更有数。”曾京说。

经历重重考验,列车能服役了,但后续是否就放任它自由飞驰呢?答案是否定的,“九九八十一关”还在继续。

曾京指着位于实验室门口的机车车辆整车滚动振动试验台,对记者说:“这是世界上规模最大、功能最全、唯一可以模拟曲线的机车车辆整车模拟运行试验台。我国所有型号的动车组都要在这个试验台上跑一遍,进行模拟行驶,用于收集真实行驶数据。”

不仅是即将服役的高速列车,已入列的动车组,也需要在这里开展长期服役性能跟踪试验。“我们会选择不同类型的车辆,在不同部位装上传感器,对其进行2至3年的监测,跟踪高速列车动力学性能的变化,以及长期服役性能,为优化设计提供数据支撑。”曾京说,目前实验室已对几乎所有型号高速列车进行了长期服役性能跟踪试验,累计跟踪里程逾1亿公里。

轮轨试验:检测高速列车稳定性

沿着试验平台继续前行,记者看到研究人员正在进行某型号的新型高速列车轮轨试验。试验台上,镶嵌模拟轨道的滚轮正时刻“待命”。试验指令发出后,列车被吊到了试验台上,车轮与滚轮紧密贴合。不一会儿,试验台上的滚轮就带动列车车轮翻滚起来。

“平台采用车不动、轨道动的原理,可模拟故障性能等多种情形,用以检测机车滚动振动性。”在一旁,曾京仔细观察,并记录相应数据。

望着飞速旋转的车轮,曾京向记者讲起30多年前首次在这里参与车辆蛇行运动稳定性试验的场景。

“当时,我们要测车辆的蛇行失稳临界速度,这是一个非常关键的指标,关乎列车能跑多快。”曾京回忆道,“那次试验中,当测试车辆超过临界速度后,车辆就在试验台上晃动起来,出现了蛇行运动失稳现象。大家都是第一次见到这种现象,非常吃惊。”

跳动着的试验数据,在外人看来或许枯燥又乏味,但对曾京来说,却总是充满惊喜。“测试时速每提升10公里,对我国高铁科研来说都是第一次,对科研人员来说都是崭新的课题。”曾京说,在实验室,科研人员们探索出了机车车辆在有轨道不平顺激扰下运行的最佳模拟方式,研发出了降低重载列车纵向冲动、减轻重载列车与轨道动力作用的关键技术等成果,创建的重载列车与轨道动态相互作用的系统分析方法,被国际重载协会称为“中国经验”。

磁悬浮试验:挑战未来高速列车的速度极限

在实验室的室外区域试验台,世界首台高温超导高速磁悬浮工程化样车悬浮在165米长的试验线上,鸭嘴兽般的车头让人不禁畅想起人类陆地行驶速度的无限可能。

2021年1月,具有完全自主知识产权的、世界首条高温超导高速磁悬浮样车及试验线在此建成,其可实现高温超导高速磁悬浮样车的悬浮、导向、牵引、制动等基本功能,以及整个系统工程的联调联试。

成都西南交通大学设计研究院有限公司副总工程师李艳告诉记者,超导体最大的优点是没有电阻,可减少电流传输过程中的热消耗,所以十分节能,它的导电能力是常规导体铜线的几十倍以上。因此,在磁悬浮轨道交通系统中使用超导磁体,不但可以产生更大的悬浮力、导向力和驱动力,还更环保。

“我们计划首先在大气环境下实现该样车的工程化,预期运行速度目标值大于600公里/小时,可望创造陆地交通速度的新纪录。”李艳说,“未来,我们还会结合真空管道技术,开发一种新型综合交通系统,填补陆地交通和航空交通速度空白,向时速1000公里以上速度值突破,构建陆地交通运输的全新模式。”

党的二十大报告对加快建设交通强国作出战略擘画。实验室主任王开云向记者表示:“面向新时代,我们将瞄准国家重大需求,继续致力于引领世界轨道交通动力学发展,努力为我国轨道交通装备安全、平稳、高效运营保驾护航!”(李诏宇)

编辑:卓卓